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自控原理课程设计说明书 直流电机控制系统设计（一） 院系 专业 班号 学号 姓名 指导教师 沈阳航空航天大学 2015年7月 摘 要 本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWM调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 关键词 PWM 直流电机调速 直流电机正反转 目 录 第1章 引 言 1 1.1 研究背景 1 1.2 方案设计 1 1.2.1 系统方案 1 1.2.2 系统构成 2 1.3 电路工作原理 2 第2章 硬件电路设计 4 2.1 系统分析与硬件设计 4 2.2 单片机AT89C52 4 2.3 复位电路 4 2.4 直流电机驱动电路设计 5 2.5 键盘电路设计 6 第3章 软件设计 7 3.1 应用软件的编制和调试 7 3.2 程序总体设计 7 3.3仿真调试 8 3.4 仿真图形 8 结论 11 参考文献 13 附录1 电路原理图 14 附录2 程序清单 15  第1章 引 言 1.1 研究背景 电动机作为最主要的机电能量转换装置， 其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。 1.2 方案设计 1.2.1 系统方案 针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次课程设计以AT89C52单片机为核心，以5个弹跳按钮作为输入端，达到控制直流电机的正转、反转、停止、加速、减速。在设计中，采用PWM技术对电机进行控制。 1.2.2 系统构成 该直流电机控制系统的设计，在总体上大致可分为以下5个部分组成：输入模块，AT89C52单片机，电源模块，驱动模块，直流电机。系统原理框图如图1所示。 图1 系统原理框图 1.3 电路工作原理 对于直流电机来说，认为机械特性方程式为： n=UN/(KeφN)-(Rad+Ra)/(KeKtφ2N)T=n-△n （1-1） 式中UN ，φN ----------额定电枢电压、额定磁通量；Ke ，Kt---与电机有关的常数；Rad ，Ra-----电枢外加电阻、电枢内电阻；n ，△n—理想空载转速、转速降。 PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。在脉冲